BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS: GLÚCIDOS Los glúcidos son biomoléculas constituidas por una o más cadenas formadas por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O), en la proporción (CH2O)n. Los glúcidos poseen su nombre del latín glykys que significa dulce, por ello también son llamados azúcares. Otro nombre frecuente es carbohidratos o hidratos de carbono. En todos los glúcidos siempre hay un grupo carbonilo (carbono unido a un oxígeno mediante un enlace doble). Este grupo puede ser un aldehído (-CHO) formando un polihidroxialdehido o un grupo cétonico (-CO), que da lugar a una polihidroxiacetona. (ver fotocopia) Clasificación de los glúcidos: Atendiendo al número de cadenas que contienen se clasifican en: Monosacáridos: constituidos por una sola cadena. Oligosacáridos: formados por la unión de dos a diez monosacáridos. Entre ellos destacan los disacáridos. Polisacáridos: Glúcidos formados por la unión de más de diez monosacáridos. Generalmente centenares. Los oligosacáridos y los polisacáridos por la acción de las enzimas hidrolasas, como algunas enzimas digestivas, o por la acción de un ácido, se pueden hidrolizar, es decir, desdoblar en monosacáridos. En cambio, los monosacáridos no se pueden hidrolizar. monosacárido-monosacárido + H2O ----> monosacárido-OH + H-monosacárido Además de los anteriores, existen compuestos formados por la unión de dos glúcidos y otras sustancias no glucídicas, como lípidos formando los glucolípidos o proteínas formando glucoproteínas. MONOSACÁRIDOS Todos los glúcidos están integrados por una o más unidades básicas, llamadas monosacáridos, que son sólidos blanquecinos, solubles en agua y de sabor dulce. En la célula desempeñan funciones energéticas. Los monosacáridos están constituidos por una sola cadena que presenta entre tres y siete átomos de carbono. Se clasifican según el número de átomos de carbono y se denominan añadiendo la terminación – osa al número de carbonos. De esta manera, podemos diferenciar: triosas, tretaosas, pentosas, hexosas y heptosas. Químicamente son polialcoholes con un grupo aldehído (-HC=O) en uno de sus carbonos, en cuyo caso se denominan aldosas, o bien un grupo cetona (-C=O), y entonces se llaman cetosas. Los monosacáridos son cristalinos, de color blanco, hidrosolubles y de sabor dulce. Su solubilidad en el agua se debe a la elevada polaridad eléctrica de los radicales hidroxilo (OH) y de los radicales hidrógeno (-H). Por esto, se establecen fuerzas de atracción eléctrica entre ellos y las moléculas de agua, que también son polares. Son capaces de oxidarse (perder electrones) ante otras sustancias que, cuando los aceptan, re reducen y liberan energía. Debido a ello los glúcidos son la fuente básica de energía de las células. CnH2nOn + nO2 n(CO2) + n(H2O) + Energía También tienen la capacidad de animarse (asociarse con grupos amino (-NH2), o reaccionar con ácidos e incorporar grupos fosfato (-H2PO4) y grupos sulfato (-H2SO4). Además, pueden unirse con otros monosacáridos. TRIOSAS Son glúcidos formados por una cadena carbonatada de tres átomos de carbono, cuya fórmula empírica es C3H6O3. Hay dos tipos: aldotriosas, con un grupo aldehído y cetotriosas, con un grupo cetónico. (ver fotocopia) Ambos tipos son abundantes en el interior de la célula puesto que son metabolitos intermedios de la degradación de la glucosa. TETROSAS Son glúcidos formados por cuatro átomos de carbono. Se pueden distinguir dos aldotetrosas: la eritosa y la treosa, y una cetotreosa: la eritrulosa. (ver fotocopia) PENTOSAS Son glúcidos formados por cinco átomos de carbono. En las pentosas la estructura molecular más estable no es la lineal sino la cíclica. Eso es debido a que, los enlaces entre los átomos de carbono forman ángulos, por lo que a partir de cinco átomos de carbono la cadena tiende a ciclarse. Se ha formado un enlace hemiacetal (unión de un aldehído con un alcohol) intramolecular. Se le llama D-ribofuranosa o D-desoxiribofuranosa debido a que el pentágono resultante se parece a una molécula de furano. HEXOSAS La aldohexosa con mayor interés es la glucosa y la cetohexosa más abundante es la fructosa. La estructura abierta de las hexosas no es lineal, sino quebrada, debido a que los ángulos que hay entre los enlaces de los carbonos, los primeros y los últimos, quedan relativamente próximo. Por ello, en disolución, la estructura lineal generalmente se cierra sobre sí misma. Al cerrarse se puede formar un hexágono, parecido a un pirano, como en el caso de la glucosa, o un pentágono, parecido a un furano, como en el caso de la fructosa. La formación de la estructura cíclica se debe a la reacción entre el grupo aldehído del primer carbono con el grupo alcohólico del quinto carbono, quedando ambos unidos por un átomo de oxígeno. Se ha formado un enlace hemiacetal (unión de un aldehído con un alcohol) intramolecular. Aldohexosas Tienen cuatro carbonos asimétricos y, por tanto, hay dieciséis posibles estructuras moleculares diferentes. Entre ellas destacan: Glucosa: Aporta la mayor parte de la energía que necesitan las células, por su capacidad de atravesar la membrana plasmática sin necesidad de ser transformado en moléculas más pequeñas. Polimerizada da lugar a polisacáridos con función energética, como el almidón de los vegetales o el glucógeno de los animales o, con función estructural, como la celulosa de las plantas. Galactosa: Se puede hallar en la orina de los animales. Junto con la D-glucosa forma el disacárido lactosa, glúcido propio de la leche. Cetohexosas Una de las más importantes en la D-fructofuranosa. Se encuentra libre en la fruta y, asociada con la glucosa, forma la sacarosa. ENLACE O-GLUCOSÍDICO Tiene lugar entre el grupo hidroxilo del primer monosacárido y cualquier hidroxilo del segundo monosacárido. Quedando enlazados por un átomo de oxígeno y se desprende una molécula de agua. Tipos: Enlace monocarbonílico: Se establece entre el carbono carbonílico del primer monosacárido y un carbono no carbonílico del segundo. Presentan este enlace la maltosa, la celobiosa y la lactosa. Enlace dicarbonílico: Se establece entre el carbono carbonílico del primer monosacárido y el carbono carbonílico del segundo. Está presente en la sacarosa. El enlace o-glicosidico se denomina α-gucosídico si el primer monosacáridos es “α”, sino será β. El enlace entre carbonos se indica mediante un paréntesis y una flecha. Por ejemplo α(1-4) significa que se trata de un enlace α-glucosídico entre el primer carbono del primer monosacárido y el cuatro del segundo. ENLACE N-GLUCOSÍDICO Se forma entre un –OH de un glúcido y un compuesto aminado. Mediante este enlace se forman animoazúcares. DISACÁRIDOS Son el resultado de la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico. Son sólidos, cristalinos, blancos, dulces y solubles en agua. Los que tienen más interés son: Maltosa (azúcar de malta): Formada por dos moléculas de D-glucopiranosa y¡unidas mediante un enlace α(1-4). Se encuentra libre en el grano germinado de la cebada y de otras semillas. En la industria se obtiene a partir del hidrólisis del almidón. Celobiosa: Disacárido formado por dos moléculas de D-glucopiranosa mediante un enlace β(1-4). Nos e encuentra libre en la naturaleza. Se obtiene por hidrólisis de la celulosa. Lactosa: Consiste en una molécula de D-galactopiranosa unida a una de D- glucopiranosa mediante un enlace β(1-4). Se encuentra libre en la leche de los mamíferos. Sacarosa: Consta de una molécula de D-glucopiranosa yy otra de D-fructofuranosa unidas mediante un enlace α(1-2). Se encuentra en la caña de azúcar y en la remolacha azucarera. POLISACÁRIDOS Los polisacáridos son glúcidos formados por la unión de muchos monosacáridos (de decenas a miles) mediante enlaces O-glucosídicos por lo que tienen masas moleculares muy elevadas. Son sólidos amorfos, insolubles o forman dispersiones coloidales. No tienen sabor dulce. Homopolisacáridos Polímeros de un solo tipo de polisacárido. Almidón: es el polisacárido de reserva propio de los vegetales. Está formado por centenares o miles de moléculas de glucosa y por ello constituye una gran reserva energética. Las principales fuentes de almidón son las semillas de los cereales (trigo, maíz y arroz), de las legumbres y de los tubérculos. A partir de éste, las plantas pueden obtener energía sin necesidad de luz. Glucógeno: polisacárido con función energética propio de los animales. Se halla en gran cantidad en el interior de las células del hígado y los músculos. Está constituido por un polímero de maltosas unidas mediante enlaces α(1-4) con muchas ramificaciones en posición α(1-6). Contiene hasta unas 15000 moléculas de maltosa. Celulosa: polisacárido con función de sostén propio de los vegetales, que constituye el elemento más importante de la pared celular. Es la biomolécula más abundante de la naturaleza. Es un polímero de β-glucosas unidas mediante enlaces β(1-4). Cada pareja constituye una celobiosa. Cada polímero tiene entre 150 y 5000 moléculas de celobiosa. Quitina: componente esencial del exoesqueleto de los artrópodos. En los crustáceos se encuentra impregnada de CaCO3 lo que aumenta su dureza. Heteropolisacáridos Polímeros formados por más de un tipo de monosacárido distinto. Entre ellos destacan: Pectina: se encuentra en la pared celular de los vegetales. Agar: Se extrae de las algas rojas. Goma arábiga: sustancia segregada por las plantas que actúa como un exudado protector de heridas y grietas de la corteza. OTROS GLÚCIDOS ASOCIADOS A OTRO TIPO DE MOLÉCULAS Heterósidos. Resultan de la unión de un monosacárido, o de un pequeño oligosacárido, con una molécula o grupo de moléculas no glucídicas, de baja masa molecular. Destacan los antocianósidos responsables del color de las flores. Proteoglucanos. Son moléculas formadas por una gran fracción de polisacáridos (el 80%) y una pequeña fracción proteica (20%). Los más destacados son el ácido hialurónico y la heparina. Peptidoglucanos. Constituyentes de la pared bacteriana. Glucoproteinas. Moléculas formadas por una pequeña fracción glucosídica (sobre el 5%, como máximo el 40%) y una fracción proteica, unidos fuertemente por enlaces covalente. Glucolípidos. Constituidos por monosacáridos u oligosacáridos unidos a lípidos. Generalmente se encuentran en la membrana celular. FUNCIONES DE LOS GLÚCIDOS Energética: A partir de un gramo de glucosa, por vía de la respiración celular, se pueden obtener 4,3 Kcal. Estructural: Gracias al enlace β-glucosíidicco se posibilitan las estructuras moleculares muy estables porque la mayoría de los organismos carecen de las enzimas para romperlos. Especificidad de la membrana plasmática: Las glucoproteínas y los glucolípidos de la membrana plasmática contribuyen a la selección de determinadas sustancias que pueden entrar en la célula. Otras funciones específicas: Por un lado, algunas tienen funciones de antibiótico, la de vitamina, anticoagulante, hormonal, inmunológica. Otras de la membrana constituyen antígenos o forman anticuerpos o enzimas. Principios activos de las plantas medicinales: los glúcidos están unidos a moléculas como alcohol. Fenol, etc. Se emplean para elaborar medicamentos, pero si se consumen en dosis inadecuadas pueden ser tóxicas y producir la muerte. LÍPIDOS Los lípidos constituyen un grupo muy heterogéneo de sustancias químicas, tanto desde el punto de vista estructural como de las funciones que realizan. Están compuestos, básicamente, por carbono e hidrógeno y la mayoría, también presenta oxígeno, pero en proporciones muy bajas. Algunos lípidos, además contienen fósforo, nitrógeno y azufre. Los lípidos, debido la naturaleza hidrocarbonada de la porción principal de su estructura, constituyen un grupo de biomoléculas orgánica que cumplen dos características distintivas: Son insolubles en agua y en otros disolventes polares. Son solubles en disolventes orgánicos, es decir, disolventes no polares, como el octano (gasolina), el éter o el benceno. Estas moléculas desempeñan funciones biológicas muy variadas: Almacenar y transportar el “combustible” necesario para las reacciones metabólicas. Componentes estructurales fundamentales en las membranas celulares, relacionados, por ejemplo, con el reconocimiento de las células. Actividades biológicas (hormonas y algunas vitaminas). LIPIDOS Clasificación de los lípidos Se pueden clasificar atendiendo a diversos criterios. Según su estructura molecular se dividen en tres grupos: Ácidos grasos Saturados Insaturados Simples Acilglicéridos Lípidos con ácidos grasos o Céridos saponificables Fosfoglicéridos Complejos Fosfoesfingolípidos Glucoesfingolípidos Lípidos sin ácidos grasos o Isoprenoides o terpenos insaponificables Esteroides prostaglandinas Ácidos grasos: están formados por largas cadenas carbonatadas, a partir de doce carbonos, con un número par de carbonos. Se conocen unos cien tipos diferentes de ácidos grasos procedentes de animales, vegetales y microrganismos. Se diferencian por la longitud de su cadena y por el número y posición de los dobles enlaces. Lípidos saponificables: contienen en su molécula ácidos grasos. Intervienen en las reacciones de saponificación o hidrólisis alcalina y forman jabones. Lípidos insaponificables: derivados de hidrocarburos lineales o cíclicos insaturados (con dobles enlaces) que forman asociaciones moleculares diversas. No tienen ácidos grasos y, por tanto. No dan reacciones de saponificación y no forman jabones. FUNCIONES DE LOS LÍPIDOS Los lípidos desempeñan numerosas e importantes funciones entre las cuales destacamos las siguientes: Función energética: Algunos lípidos, como las grasas, son utilizados como combustible para obtener energía mediante su oxidación, siendo los que tienen mayor valor energético pues proporcionan 9,4 Kcal/gr Función de reserva energética: Igualmente las grasas se pueden almacenar como sustancias de reserva energética, en tejidos y órganos especializados para ello, tales como el tejido adiposo en los animales y los frutos y semillas en los vegetales. Esta función es especialmente importante en los animales que almacenamos la mayor parte de la energía de esta forma, porque al ser más energéticos las grasas que los glúcidos y los prótidos necesitamos menor cantidad de masa para almacenar igual cantidad de energía y eso hace que el peso del cuerpo aumente menos lo cual facilita la movilidad. Función estructural: Muchos lípidos como los fosfolípidos, los glucolípidos y el colesterol, etc. están formando parte de las membranas celulares animales y vegetales, a estos lípidos por este motivo se les denomina lípidos de membrana. Función aislante y protectora: Las ceras forman cubiertas que revisten distintas partes de los organismos como pelos, piel, hojas, frutos, etc. proporcionándolas protección e impermeabilizándolas. Las grasas que se acumulan en el tejido adiposo forman una capa subepidermica, denominada panicuelo adiposo, que proporciona aislamiento térmico. Igualmente se acumulan alrededor de algunas vísceras y las protegen de golpes. Función biocatalizadora: Algunos lípidos actúan como biocatalizadores regulando procesos bioquímicos de gran importancia así tenemos las hormonas esteroides, vitaminas como la A, D, K etc. Función transportadora: El transporte e los lípidos desde el intestino hasta el lugar donde se utilizan o hasta el tejido adiposo, donde se almacenan, se hace por la vía de su emulsión, gracias a los ácidos biliares y a los proteolípidos, que son asociaciones de proteínas específicas con triacilglicéridos, colesterol y fosfogliccéridos, y que permiten su transporte por la sangre y la linfa.